综述：应用于文化遗产保护的密集型二氧化碳技术综述

《The Journal of Supercritical Fluids》：Dense carbon dioxide technologies applied to the conservation of cultural heritage: a review

文化遗产保护中，二氧化碳（CO?）技术因其环保性和高效性成为研究热点。本文系统综述了液态（liqCO?）和超临界（scCO?）CO?技术在清洁、去污、脱水、材料增强等领域的应用。研究表明，liqCO?对皮革、纺织品等胶原蛋白基材料清洁效果显著，可去除油脂和土壤；scCO?凭借高扩散性和溶解性，在去除农药残留、微生物污染及增强材料机械性能方面表现优异，尤其适用于纤维素材料（如纸张、木材）和复合物。但CO?技术对部分塑料（如PMMA）和涂层材料存在损伤风险，需优化参数。尽管存在设备成本高、长期稳定性数据不足等挑战，CO?技术仍被视为绿色化学在文化遗产领域的可行替代方案，未来需结合材料特性与工艺改进深化研究。

　　### 气体二氧化碳在文化遗产保护中的应用

文化遗产保护是一项复杂且具有挑战性的领域，涉及多种具有不同特性和退化行为的材料。由于材料种类繁多，每种材料对处理方法的需求也各不相同，因此传统的处理方式往往难以标准化。许多传统方法依赖于危险的化学物质，这引发了对使用者安全和环境影响的担忧。为了解决这一问题，绿色化学原则逐渐受到重视，旨在通过使用更安全、更环保的溶剂替代有毒物质，从而减少对保护者、环境和遗产本身的风险。

二氧化碳（CO?）因其可调节性和非毒性，已成为传统溶剂方法的一种绿色替代方案。在高压和特定温度下，CO?可以转化为液态或超临界流体，具有类似液体的密度和气体的扩散性。这种特性使其成为一种理想的环保溶剂，可用于多种保护处理，如清洁、去污、去油脂、水合、稳定和加固等。在不同材料（如纺织品、木材、皮革、金属、玻璃、纸张和塑料）中，CO?的使用已经取得了一定的成果，同时也面临着一些挑战和未来的研究方向。

#### 液态二氧化碳（liqCO?）的应用

液态二氧化碳在文化遗产保护中的应用主要集中在去除污染物和清洁材料上。对于皮革材料，liqCO?能够有效去除油脂，包括牛油和动物脂肪。在实验中，19世纪的书籍装订、18世纪的椅子座位和18至19世纪的镀金皮革经过liqCO?处理后，油脂和污染物质被成功清除，同时保持了材料的外观和结构。然而，对于某些高极性污染物，liqCO?的低介电常数限制了其去除效果，因此通常需要加入合适的共溶剂以增强去除能力。

在纺织品的清洁过程中，liqCO?能够去除灰尘和污渍，但其效果因材料类型而异。例如，18世纪的宗教丝绸披肩在liqCO?处理后，颜色和外观得到了恢复，但边缘的霉菌和污渍去除效果有限。此外，使用liqCO?处理羊毛织物时，虽然成功去除了污渍，但未能完全清除污染物。对于木材，liqCO?在去除之前使用的保护材料（如亚麻籽油）方面效果不佳，尽管在某些情况下能够减少材料的重量。

在金属和玻璃的清洁方面，liqCO?处理被证明是安全的，不会导致腐蚀或结构损伤。然而，对于某些塑料材料（如聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）），liqCO?处理可能导致不可逆的损害，包括裂纹、变形和硬度下降。这表明，liqCO?在处理不同材料时的效果存在显著差异，需要根据材料的化学性质和结构进行定制化处理。

#### 超临界二氧化碳（scCO?）的应用

与液态二氧化碳相比，超临界二氧化碳在文化遗产保护中的应用更加广泛，尤其是在提取和渗透处理方面。超临界CO?具有液体的密度和气体的扩散性，能够穿透复杂的多孔结构，同时有效溶解和运输污染物。这种特性使其成为处理有机污染物（如农药和重金属）的理想选择。

在纺织品的化学去污过程中，scCO?能够显著减少污染物的残留。例如，含有农药的羊毛织物经过scCO?处理后，汞和DDT的含量大幅下降。对于含有重金属的织物，如18世纪的宗教丝绸披肩，scCO?处理能够有效去除污染物，但需要结合其他共溶剂以提高去除效率。在某些情况下，使用乙醇或甲醇作为共溶剂能够显著提高去除效果。

对于木材的处理，scCO?在去除之前使用的保护材料（如亚麻籽油及其氧化产物）方面表现出色。经过scCO?处理的木材样本在去除污染物的同时，保持了其结构和外观。然而，对于某些树脂含量高的木材，scCO?处理可能引起树脂渗出，这需要进一步研究以优化处理条件。

在微生物去污方面，scCO?能够有效去除纺织品和纸张上的霉菌、酵母和细菌。例如，含有霉菌的纺织品在scCO?处理后，霉菌活性显著降低，且未对纤维造成明显损伤。此外，scCO?处理还能用于水化和加固木材，提高其含水量和机械强度，同时保持其结构稳定。

#### 应用挑战与未来方向

尽管CO?技术在文化遗产保护中展现出巨大的潜力，但仍存在一些挑战。首先，高压力反应器的成本较高，限制了其在实际应用中的普及。其次，处理过程中需要精确控制温度和压力，以确保材料的稳定性和处理效果。此外，对于某些材料（如塑料和木材），CO?处理可能引起不可逆的损伤，因此需要进一步研究以优化处理条件。

为了提高CO?技术的适用性，研究者建议结合其他共溶剂或添加剂，以增强其对不同污染物的去除效果。例如，在处理高极性污染物时，加入乙醇或甲醇可以提高去除效率。此外，对于某些材料（如丝绸和羊毛），使用预浸润的方法能够显著提高处理效果，减少材料损失。

在长期评估方面，目前的研究多集中在短期处理效果上，缺乏对处理后材料稳定性的长期监测。因此，未来的研究需要关注这些方面，以确保CO?技术在文化遗产保护中的可持续性和安全性。

#### 结论

综上所述，CO?技术在文化遗产保护中展现出广阔的应用前景，尤其是在去除污染物、清洁和加固方面。尽管存在一些挑战，如处理成本和材料的不一致性，但随着研究的深入和技术的进步，这些技术有望成为传统方法的替代方案。未来的研究应进一步优化处理条件，开发适用于不同材料的定制化方案，并加强安全性评估，以确保这些技术能够广泛应用于文化遗产保护领域。